Den fulle tyngden av den harde sovjetiske vinteren satte inn. Elven Volga frøs så den kunne brukes for transport 16. desember. Det gjorde det lettere for sovjetstyrkene å forsyne sine styrker i byen, fordi det tyske artilleriet nå hadde så lite ammunisjon at sovjeterne kunne krysse elven ved høylys dag, uten å bli beskutt. De innestengte styrkene gikk raskt tom for brenselolje og medisinske forsyninger, og tusener begynte å dø av frostskader, sult og sykdommer som flekktyfus.